vol. 4 2/2015 Inżynier i Fizyk Medyczny
84
artykuł
\
article
radioterapia
\
radiotherapy
Sukces radioterapii zależy od dostarczenia przepisanej dawki do
całej objętości PTV, przy jednoczesnym ograniczeniu dawki dla
otaczających tkanek. Osiągnięcie tego celu wymaga dokładnej
lokalizacji przestrzennej odpowiednich struktur oraz dokład-
nego obliczenia dawki pochłoniętej. Dokładność algorytmu
obliczającego rozkład dawki jest kluczowa w przeprowadzaniu
bezpiecznej i skutecznej radioterapii, w szczególności przy za-
stosowaniu technik IMRT [1]. Oszacowanie dawki pochłoniętej
jest bardzo złożonym procesem wymagającym zamodelowania
interakcji wiązki promieniowania z materią. Na rynku radiotera-
pii istnieje wielu producentów, którzy dostarczają systemy pla-
nowania, a systemy te korzystają z różnych implementacji algo-
rytmów obliczeń rozkładu dawki. Dlatego też obliczone dawki
przez różne systemy mogą istotnie się różnić [1].
Dokładność systemów planowania leczenia (TPS) była wielo-
krotnie oceniana w publikacjach naukowych, głównie w obsza-
rach niejednorodności. Artykuł ten stanowi przegląd prac róż-
nych autorów dotyczących dokładności obliczeń rozkładu dawki
fotonów przez dostępne na rynku systemy TPS.
Algorytmy wykorzystywane przez systemy TPS do mode-
lowania rozkładu dawki zmieniały się na przestrzeni lat, od
prostych obliczeń dwuwymiarowych opartych na tablicy po
bardziej wyrafinowane algorytmy umożliwiające obliczenie
trójwymiarowego rozkładu dawki (3D). Zmiana ta była możliwa
przede wszystkim dzięki wprowadzeniu szybszych i wydajniej-
szych komputerów.
Większość popularnych algorytmów opiera się na modelach
[2-8]:
•
wiązki ołówkowej PBC (
Pencil Beam Convolution
) – algoryt-
my typu a;
•
splotu superpozycji CCC (
Collapsed Cone Convolution
) i AAA
(
Anisotropic Analytical Algorithm
) – algorytmy typu b.
Pozwalają one na szybkie obliczenia rozkładu dawki do celów
rutynowej praktyki radioterapeutycznej.
Algorytmy typu a zapewniająwysoką dokładność obliczonej daw-
ki wobszarach jednorodnych gęstości tkanek. Tam jednak, gdziewy-
stępują kości, tkanki miękkie i przestrzenie powietrzne, wymagane
są algorytmy o lepszej dokładności obliczenia rozkładu dawki.
Ze względu na złożoność procesu rozpraszania fotonów
w ośrodkach niejednorodnych, popularne algorytmy kliniczne
stosują pewne uproszczenia. Podstawowym ograniczeniem al-
gorytmów typu a jest ignorowanie utraty równowagi elektro-
nowej w obszarach styku między niejednorodnymi ośrodkami.
Dlatego też, w przypadku obecności ośrodków o różnych gęsto-
ściach (zwłaszcza regionów o niskich gęstościach, gdzie zasięg
elektronów wtórnych jest większy niż w wodzie), różnica w ob-
liczonej dawce spowodowana jest niezdolnością tych algoryt-
mów do uwzględnienia bocznej nierównowagi elektronowej [9].
Algorytmy typu b, uwzględniając boczną nierównowagę elek-
tronową, zapewniają lepszą dokładność kalkulacji rozkładu daw-
ki w większości sytuacji klinicznych, ale w przypadku skrajnych
wartości zakresu gęstości tkanek biologicznych oraz materiałów
implantowanych o wysokiej liczbie atomowej, obliczone dawki
wykazują klinicznie niedopuszczalne rozbieżności w porówna-
niu z referencyjnymi metodami [10].
Zaproponowane ostatnio przez Ojala kryteria dla algoryt-
mów klasy c są następujące:
•
lepsze modelowanie transportu elektronów wtórnych
w porównywaniu z algorytmami typu a i b;
•
poprawne obliczenie dawki pochłoniętej dla wszystkich
tkanek biologicznych, również w obecności wszczepionych
materiałów o wysokiej liczbie atomowej;
•
obliczenie dawki pochłoniętej w tkance (
dose-to-medium
).
Obecnie kryteria algorytmów klasy c spełniają algorytmy
Monte Carlo (MC) oraz Acuros XB (AXB). AlgorytmMC jest uzna-
wany za złoty standard obliczeń rozkładu dawki w radioterapii
i często stosowany jest jako referencja dla porównań z innymi al-
gorytmami [11]. Techniki MC oparte są na symulacji statystycznej
Dokładność algorytmów
obliczeń rozkładu dawki
w systemach planowania radioterapii
dr n. fiz. Łukasz Matulewicz
ELEKTA Sp. z o.o.
